БУРОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 1997 года по МПК E21B27/00 E21B10/60 

Изобретение относится к долотостроению и может найти применение в долотах для бурения скважин с продувкой сжатым воздухом или газом, расширителях и других бурильных инструментах.

Известно буровое долото, в центральной зоне которого установлен обратный клапан, предотвращающий попадание скважинной среды в полость долота во время наращивания труб или остановки компрессора [1]
Недостатком известного долота является расположение обратного клапана в ниппельной части высоко в надшарошечном пространстве. Это значительно снижает возможность струи сжатого воздуха эффективно воздействовать на очистку забоя, поскольку известно, что энергия струи резко уменьшается с увеличением расстояния от забоя до выхода из сопла.

Частично задача повышения эффективности очистки за счет приближения к забою решается в другом известном буровом долоте [2] В этом долоте продувочные узлы вынесены из ниппельной части в периферийные боковые приливы, расположенные значительно ближе к забою.

Однако установление запорной пружины с возможностью выхода запорного органа и части пружины за пределы долота во время его работы приводит к тому, что его наружная рабочая контактная поверхность попадает в зону вихревых обратных потоков агента со взвешенными в нем частицами абразивного шлама. Происходит абразивный износ контактной поверхности и пружины. Кроме того, крупные частицы шлама, попадая в открытую полость между гнездом и наружной поверхностью запорного органа, не позволяют сократиться пружине и препятствуют герметичной установке запорного органа внутри сопла, нарушая герметичность между ними. Кроме того, невозможно регулирование выходного сечения стационарного клапана, а также расстояние от его выхода до забоя.

Целью изобретения является повышение производительности бурения путем более надежной работы запорного органа.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в буровом долоте, содержащем корпус с ниппелем и продувочными каналами, установленные в продувочных каналах клапанные узлы, состоящие из защитного корпуса, запорного органа и возвратной пружины, при этом запорный орган и возвратная пружина постоянно расположены внутри защитного корпуса, и в рабочем и в нерабочем положениях, а снизу защищены ячеистым дном-экраном или сеткой, предотвращающим попадание частиц шлама и регулирующим их минимальную величину, защитный корпус в верхней части снабжен герметизирующим и стопорным элементами. Это позволяет обеспечивать сменность всего узла клапана и выбор максимально возможной длины защитного корпуса для конкретного типа и размера долота, для максимального приближения выхода струи из корпуса к поверхности забоя, без опасности заклинки или абразивного износа пружины и запорного органа.

Возможность сменности клапанного узла, в отличие от стационарного, установленного при сборке секций долота (как в прототипе) позволяет регулировать (менять) общее проходное сечение одного или всех трех клапанов в зависимости от конкретных условий бурения.

На фиг. 1 изображено буровое долото в разрезе с клапанным узлом; на фиг. 2 клапанный узел.

Буровое долото содержит корпус 1 с ниппелем 2 и продувочными каналами 3. В продувочных каналах 3 установлены клапанные узлы 4. Клапанный узел 4 состоит из защитного корпуса 5, в котором расположены запорный орган 6 и возвратная пружина 7. Запорный орган 6 выполнен в виде усеченного конуса с внутренней полостью, в которой расположены возвратная пружина 7 и шток 8, закрепленный в ячеистом дне-экране 9. Запорный орган 6 может быть выполнен из эластичной резины, пластмассы или любого другого материала. Ячеистое дно-экран 9 закреплено в нижней части защитного корпуса 5 и выполнено с отверстиями 10 или ячейками, причем сумма площадей проходных отверстий-ячеек равна площади входного отверстия продувочного канала 3.

Запорный орган 6 может быть выполнен любой другой формы, например сферической.

Клапанный узел 4 в продувочном канале 3 закреплен при помощи стопорного элемента (кольца) 11 и уплотнен герметизирующим элементом (уплотнительным кольцом) 12. Внутренняя поверхность защитного корпуса 5 в нижней части выполнена конической для соприкосновения с запорным органом 6.

Буровое долото работает следующим образом.

В процессе бурения нисходящий поток очищающего агента подается под давлением в ниппель 2, проходит по продувочному каналу 3 в клапанный узел 4 и направляется на вооружение долота или забой скважины. Под действием потока очищающего агента запорный орган 6, преодолевая сопротивление возвратной пружины 7, выдвигается вниз к ячеистому дну-экрану 9, образуя свободный проход агента между внутренней поверхностью защитного корпуса и запорным органом 6.

При прекращении подачи продувочного агента запорный орган 6 возвращается в исходное положение под действием возвратной пружины 7 и давления скважинной среды, препятствуя проникновению шлама в ниппельную полость и продувочные каналы опор подшипников.

Источники информации
1. Патент США N 3198269, кл. 175/318, 1963.

2. Авт. свид. СССР N 1492018, кл. E 21 B, 27/00, 1985.

Использование: изобретение применяется в буровых долотах для бурения скважин воздухом или газом, расширителях и других бурильных инструментах. Сущность изобретения: буровое долото содержит корпус с ниппелем и продувочными каналами, в которых установлены при помощи стопорного и герметизирующего элементов клапанные узлы, состоящие из защитного корпуса, запорного органа в виде усеченного конуса, причем форма запорного органа может быть любой другой формы, например сферической, и возвратной пружины со штоком. Запорный орган и возвратная пружина от воздействия частиц шлама размещаются внутри защитного корпуса с ячеистым дном-экраном. Защитный корпус в верхней части снабжен герметизирующим и стопорным элементами, обеспечивающими возможность легкой и быстрой замены всего узла на другой с необходимым проходным сечением. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Буровое долото, содержащее корпус с ниппелем и продувочными каналами, установленные в продувочных каналах клапанные узлы, состоящие из защитного корпуса, запорного органа и возвратной пружины, отличающееся тем, что запорный орган и возратная пружина размещена внутри защитного корпуса при свободном проходе продувочного агента между внутренней поверхностью защитного корпуса и запорным органом для защиты от воздействия частиц шлама, при этом корпус выполнен с ячеистым дном-экраном и закрепленным на последнем штоком для возвратной пружины. 2. Долото по п.1, отличающееся тем, что запорный орган выполнен в виде усеченного конуса. 3. Долото по п.1, отличающееся тем, что защитный корпус в верхней части имеет герметизирующий и стопорный элементы для обеспечения возможности легкой и быстрой замены клапанного узла на другой с необходимым проходным сечением.